Стенд для испытаний устройств отделения космических аппаратов

Авторы патента:

Бурназян Сергей Римирович (RU)

Ткач Василий Ефимович (RU)

Старадубцева Елена Валерьевна (RU)

Круглов Генрих Евгеньевич (RU)

B64G7 - Имитация космических условий, например для установления условий жизнеобеспечения (тренажеры для обучения или тренировки G09B 9/00)

Владельцы патента RU 2489331:

Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Государственный научно-производственный ракетно-космический центр "ЦСКБ-Прогресс" (ФГУП "ГНПРКЦ "ЦСКБ-Прогресс") (RU)

Изобретение относится к космической технике, а конкретно к стендам для испытаний устройств отделения космических аппаратов. Стенд содержит имитатор основного космического аппарата и макет отделяемого космического аппарата, состыкованных посредством штатного устройства отделения, устройство улавливания макета отделяемого космического аппарата и регистратор параметров движения макета отделяемого космического аппарата. Имитатор основного космического аппарата представляет собой закрепленную на опоре раму с вертикальными направляющими под каретку. Каретка в исходном положении соединена с рамой в верхней ее части посредством разрывного узла, электрически связанного с наземным пультом управления. Стенд снабжен устройством выдачи команды на отделение, выполненным в виде поворотного рычага, шарнирно установленного на каретке, с одной стороны взаимодействующего с кулачком, жестко установленным на раме, с другой - с концевым контактом, размещенным на каретке и электрически связанным с устройством отделения с закрепленным макетом отделяемого космического аппарата. Донная часть космического аппарата в исходном положении по внешним обводам расположена в устройстве отделения. На каретке жестко закреплен захват, взаимодействующий с амортизатором, установленным на раме. Стенд имеет фиксатор конечного положения и представляет собой защелку, жестко закрепленную на каретке, взаимодействующую с гребенкой, неподвижно закрепленной на раме. Достигается повышение точности результатов испытаний. 5 ил.

Изобретение относится к космической технике, а конкретно к стендам для испытаний устройств отделения (УО) космических аппаратов (КА) с целью определения кинематических параметров разделяемых частей КА (линейных и угловых скоростей) и виброударных нагрузок на аппаратуру КА от работы УО, а также подтверждения безударности расхождения разделившихся частей конструкции КА.

Разбросы временных характеристик срабатывания отдельных элементов УО (пирозамков, пироболтов, толкателей и т.д.) в совокупности с разбросом их конструктивных характеристик (разнотолкаемости, разноходовости толкателей) и допусками на определение масс, центровок и моментов инерции разделяемых частей КА влияют на конечный результат процесса разделения - линейные и угловые скорости разделяемых частей КА.

На практике отработка УО и подтверждение выполнения заданных требований осуществляется проведением комплексных испытаний на экспериментальных установках. При этом, степень совпадения экспериментальных и натурных значений параметров напрямую зависит от максимального приближения условий в которых производится экспериментальная отработка СО к натурным условиям (имитация невесомости при разделении КА в наземных условиях).

Известны стенды, обеспечивающие в ходе испытаний определение основных кинематических и динамических параметров разделения при воздействии на разделяемые части КА как внешних сил, так и сил от работы УО (см. К.С.Колесников, В.И.Козлов, В.В.Кокушкин «Динамика разделения ступеней летательных аппаратов», М.: Машиностроение, 1977 г., стр.211-212).

Стенд, схема которого представлена на рис.7.1, стр.211, представляет собой подвешенные на длинных тросах макеты разделяемых частей КА. Макеты соединены испытуемым (штатным) УО и соответствуют по массе, центровке и моментам инерции штатной конструкции КА. Тросы подвески закреплены на макетах через трехстепенные карданные узлы, размещенные в центре масс макетов.

При реализации данной схемы имитируется невесомость в процессе разделения КА. Однако, наличие тросов (маятниковый эффект и вращение свободно подвешенного на нем тела), а также влияние сил трения в карданном узле вносят значительную погрешность определения параметров движения (~20%). Процент погрешности значительно возрастает с уменьшением массовых и инерционных характеристик макетов разделяемых частей КА.

Если требуется исследовать процесс разделения двух тел одно из которых имеет массовые и инерционные характеристики на несколько порядков меньше другого (например, в случае отделения попутно выводимых на орбиту малых космических аппаратов), испытания проводятся на стенде схема которого представлена на рис.7.3 (прототип, см. К.С. Колесников, В.И. Козлов, В.В. Кокушкин «Динамика разделения ступеней летательных аппаратов». М.: Машиностроение, 1977 г., стр.212) Известный стенд оснащен технологической подставкой, на которой неподвижно установлен имитатор КА, макетом отделяемого малого космического аппарата (МКА) и устройством улавливания МКА, выполненного в виде натянутой сетки или брезента.

Такая конструкция стенда исключает влияние тросовой подвески на процесс разделения. Однако после разрыва связи между разделяемыми частями (срабатывание замков), макет МКА движется под действием толкателей, обеспечивающих заданную скорость отделения, при этом макет МКА своим весом создает на толкатели поперечную нагрузку, увеличивающую, тем самым, силу трения в толкателях, что вносит погрешность определения параметров движения.

Кроме того, возможности данного стенда не позволяют решить одну из задач испытаний: проверка безударности расхождения КА и МКА при разделении, что влияет на конечные результаты процесса разделения.

Технической задачей изобретения является создание стенда для испытаний устройств отделения КА с повышенной степенью приближения наземных условий испытаний к натурным условиям за счет исключения влияния веса макета на участке работы толкателей УО и расширение возможностей стенда с целью подтверждения безударности расхождения разделяющихся частей КА.

Поставленная задача решается тем, что в известном стенде для испытаний устройств отделения космических аппаратов, содержащем установленный имитатор основного космического аппарата и макет отделяемого космического аппарата, соответствующий штатному по массе, центровке, моментам инерции, состыкованных посредством штатного устройства отделения, устройство улавливания макета отделяемого космического аппарата, регистратор параметров движения макета отделяемого космического аппарата, имитатор основного космического аппарата представляет собой закрепленную на опоре раму с вертикальными направляющими под каретку, которая в исходном положении соединена с рамой в верхней ее части посредством разрывного узла, электрически связанного с наземным пультом управления, при этом стенд снабжен устройством выдачи команды на отделение, выполненное в виде поворотного рычага шарнирно установленного на каретке, с одной стороны взаимодействующего с кулачком, жестко установленным на раме, с другой с концевым контактом, размещенным на каретке и электрически связанным с устройством отделения с закрепленным макетом отделяемого космического аппарата, донная часть которого в исходном положении по внешним обводам расположена в устройстве отделения, причем на каретке жестко закреплен захват, взаимодействующий с амортизатором, установленным на раме, причем стенд имеет фиксатор конечного положения и представляет собой защелку, жестко закрепленную на каретке, взаимодействующую с гребенкой неподвижно закрепленной на раме.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на Фиг.1 представлена принципиальная схема стенда; на Фиг.2 показан вид А с Фиг.1 - верхняя часть стенда; на Фиг.3 показан вид Б-Б с Фиг.2 - разрывной узел крепления каретки к раме стенда; на Фиг.4 показан вид В с Фиг.1 - устройство выдачи команды на отделение макета отделяемого космического аппарата от каретки; на Фиг.5 показан вид Г с Фиг.1 - устройство амортизации и фиксации каретки.

Стенд содержит имитатор основного космического аппарата, включающий раму 1, закрепленную на опоре (стене) 2 и состоящую из вертикальных направляющих 3 с перемещающейся по ним на роликах 4 кареткой 5. На каретке 5 установлен, посредством испытуемого устройства отделения 6, макет отделяемого космического аппарата 7, который соответствует штатному отделяемому элементу конструкции по массе, центровке, моментам инерции и внешним обводам донной части 8, которая в исходном положении заглублена в УО 6. На макете отделяемого космического аппарата 7 нанесено раскраской положение его центра тяжести (ц.т.).

В исходном положении каретка 5 соединена с конструкцией верхней части рамы 1 посредством разрывного узла 9, выполненного в виде разрезной втулки 10 и пироболта 11, электрически связанного с наземным пультом управления (на чертеже не показан).

Устройство выдачи команды на отделение макета отделяемого космического аппарата 7 (МКА) состоит из поворотного рычага 12 шарнирно установленного на каретке, с одной стороны взаимодействующего с кулачком 13, жестко установленного на раме, с другой с концевым контактом 14, размещенным на каретке и электрически связанным с устройством отделения 6.

Стенд оснащен захватом 15, жестко закрепленным на каретке и взаимодействующим с амортизатором 16, выполненным в виде жгута и закрепленным на раме, а также фиксатором конечного положения каретки, представляющий собой защелку 17, установленную на каретке 5 и взаимодействующую с гребенкой 18, закрепленной на раме 1.

Отделившийся макет отделяемого космического аппарата 7 улавливается устройством 19, состоящим из натянутой сетки или брезента.

После срабатывания пироболта 11 (начало эксперимента), каретка 5 с установленными на ней УО 6 и макетом отделяемого космического аппарата 7 начинают свободно перемещаться (падать) по направляющим 3 рамы 1 под действием силы тяжести. Нажатием поворотного рычага 12, взаимодействующего с кулачком 13, на шток концевого контакта 14, электрическая цепь замыкается и выдается команда на исполнительные элементы УО 6 и макет отделяемого космического аппарата 7 отделяется от каретки 5.

После отделения макет отделяемого космического аппарата 7 движется свободно до встречи с преградой устройства улавливания 19, а каретка 5 взаимодействуя посредством захвата 15 с амортизатором 16, останавливается и фиксируется в конечном положении с помощью защелки 17 и гребенки 18.

Регистрация параметров движения макета отделяемого космического аппарата 7 осуществляется с помощью киносъемки или аппаратуры автономной системы регистрации (на чертеже не показаны).

Предложенная конструкция стенда для испытаний устройств отделения КА обладает повышенной степенью приближения наземных условий к натурным условиям. Исключается погрешность определения параметров, обусловленная действием веса отделяемого макета космического аппарата во время работы толкателей УО. Полученные результаты испытаний показывают высокую сходимость расчетных и экспериментальных значений кинематических параметров разделяемых частей КА.

Стенд позволяет проводить отработку УО с увеличенной зоной перекрытия конструкций разделяемых частей КА, что расширяет его технические возможности за счет обеспечения безударного расхождения макета отделяемого космического аппарата с имитатором основного космического аппарата.

Стенд для испытаний устройств отделения космических аппаратов, содержащий имитатор основного космического аппарата и макет отделяемого космического аппарата, соответствующий штатному по массе, центровке, моментам инерции и состыкованных посредством штатного устройства отделения, устройство улавливания макета отделяемого космического аппарата, регистратор параметров движения макета отделяемого космического аппарата, отличающийся тем, что имитатор основного космического аппарата представляет собой закрепленную на опоре раму с вертикальными направляющими под каретку, которая в исходном положении соединена с рамой в верхней ее части посредством разрывного узла, электрически связанного с наземным пультом управления, при этом стенд снабжен устройством выдачи команды на отделение, выполненным в виде поворотного рычага, шарнирно установленного на каретке, с одной стороны взаимодействующего с кулачком, жестко установленным на раме, с другой - с концевым контактом, размещенным на каретке и электрически связанным с устройством отделения с закрепленным макетом отделяемого космического аппарата, донная часть которого в исходном положении по внешним обводам расположена в устройстве отделения, причем на каретке жестко закреплен захват, взаимодействующий с амортизатором, установленным на раме, причем стенд имеет фиксатор конечного положения и представляет собой защелку, жестко закрепленную на каретке, взаимодействующую с гребенкой, неподвижно закрепленной на раме.

Изобретение относится к наземным испытаниям раскрывающихся конструкций, преимущественно солнечных батарей (СБ), с имитацией условий невесомости. .

Теплофизическая модель космического аппарата // 2481254

Изобретение относится к созданию и отработке систем терморегулирования космических аппаратов (КА), преимущественно телекоммуникационных спутников. .

Способ изготовления космического аппарата // 2478537

Изобретение относится к сборке и испытаниям бортовых систем космического аппарата (КА), преимущественно системы электропитания телекоммуникационного КА. .

Способ имитации солнечного излучения в термобарокамере // 2476833

Изобретение относится к способам имитации солнечного излучения (ИСИ) в тепловакуумной камере (ТВК) и может быть использовано при тепловакуумных испытаниях космического аппарата (КА) или его составных частей.

Способ моделирования процесса газификации остатков жидкого ракетного топлива и устройство для его реализации // 2475739

Изобретение относится к ракетно-космической технике и может быть использовано при проведении физического моделирования процессов газификации остатков жидкого топлива в баках отделяющихся частей (ОЧ) ступеней ракет-носителей (РН) в условиях малой гравитации с использованием экспериментальных модельных установок в земных условиях, а также и при натурных пусках РН с системами газификации.

Способ моделирования процесса газификации остатков жидкого ракетного топлива и устройство для его реализации // 2474816

Установка для вакуумного термоциклирования панелей фотопреобразователей // 2471685

Изобретение относится к испытаниям космической техники, а именно к установкам для имитации тепловых режимов работы элементов космических аппаратов. .

Криогенный экран // 2469927

Способ для оценки потери массы и содержания летучих конденсирующихся веществ при вакуумно-тепловом воздействии на неметаллические материалы в сочетании с высокоэнергетическим излучением и устройство для его осуществления // 2468970

Изобретение относится к способу оценки потери массы и содержания летучих конденсирующихся веществ, образующихся при нагреве неметаллических материалов до определенной температуры в вакууме и воздействии на продукты газовыделения высокоэнергетического излучения.

Испытательный стенд для раскрытия батареи солнечной // 2468969

Изобретение относится к наземной отработке космической техники и, преимущественно, раскрывающихся конструкций типа батареи солнечной (БС). .

Грузовой макет ракетоносителя // 2491211

Изобретение относится к ракетно-космической отрасли, а именно к наземному вспомогательному оборудованию

Тренажерный комплекс орбитального узлового модуля российского сегмента международной космической станции // 2506647

Изобретение относится к космическому тренажеростроению. Тренажерный комплекс включает интегрирующую систему 1, специализированный тренажер «Модель бортовой вычислительной системы PC МКС» 2, специализированный тренажер «Телеоператор-2» 3, специализированный тренажер «Выход-2» 4, «Гидролабораторию» 5, «Молодежный образовательный Космоцентр» 6. Тренажерный комплекс содержит также интегрирующую систему 1, функционально-моделирующий стенд предтренажерной подготовки 14, тренажер орбитального узлового модуля 21, состоящего из блока цифровой связи 22, контроллера с модулями сопряжения с объектом 23, пульта контроля и управления тренировкой 24 и рабочего места экипажа 25. Рабочее место экипажа 25 состоит из комплекта светильников и вентиляторов 26, блока управления оборудованием освещения и вентиляции 27, блока вентилей (клапанов) для выравнивания давления 28, средств имитации связи «Борт-Земля» 29, телекамеры наблюдения 30, комплекта оборудования стыковочных агрегатов 31, блока цифровой связи 32, комплекта габаритных макетов бортового оборудования 33 и комплекта габаритных макетов навесного оборудования 34. Тренажерный комплекс включает также функционально-моделирующий стенд подготовки операторов центра управления полетами 35. В результате расширяются функциональные возможности тренажерного комплекса. 3 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 фото.

Тренажер внекорабельной деятельности космонавтов // 2506648

Изобретение относится к космическому тренажеростроению. Тренажер включает пульт контроля и управления 1, рабочее место обучаемых 2, первый узел поворота 3, первый датчик положения 4, первую систему управления перемещением 5, второй узел поворота 6, второй датчик положения 7, вторую систему управления перемещением 8, первую механическую часть системы управления перемещением 9, первый электродвигатель 10, вторую механическую часть системы управления перемещением 11, второй электродвигатель 12, первый датчик усилия 13, первый датчик скорости 14, второй датчик усилия 15, второй датчик скорости 16, первый скафандр с обучаемым 17, средства связи 18, второй скафандр с обучаемым 19. Кроме того, тренажер включает средства обеспечения жизнедеятельности обучаемых в скафандре 20, средства психофизиологического контроля 21, устройства сопряжения с объектом 22, комплект оборудования шлюзования переходного и стыковочного отсеков орбитального модуля 23, комплект телекамер наблюдения 24, средства моделирования светотеневой обстановки 25, фрагмент макета орбитального модуля 26 и пульт врача 27. В результате обеспечивается профессиональная подготовка обучаемых, которыми приобретаются устойчивые сенсорно-моторные навыки при подготовке внутри орбитального отсека МКС к выходу в открытый космос, а также при выполнении совместных операций и процедур внекорабельной деятельности в открытом космическом пространстве. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 3 фото.

Способ испытаний многозвенной механической системы космического аппарата на функционирование и устройство для его осуществления // 2516880

Изобретение относится к наземным имитационным испытаниям космических аппаратов (КА), а именно многозвенных маложестких механических систем изделий космической техники. Устройство для обезвешивания многозвенной механической системы КА содержит закрепленные на КА поворотные секции, расположенные в плане над соответствующими звеньями механической системы и связанные с ними посредством регулируемых пружин обезвешивания, трансформируемую опорную конструкцию из горизонтальных несущих штанг с кронштейнами, поворотные секции. Наименее удаленная от КА несущая штанга закреплена на КА, а наиболее удаленная от КА несущая штанга посредством опорной стойки опирается на пол помещения. Трансформируемая опорная конструкция снабжена фиксаторами взаимного положения несущих штанг, несущие штанги снабжены Г-образными упорами, опирающимися на пол помещения, кронштейны размещены на несущих штангах с возможностью взаимодействия и фиксации с поворотными секциями в их наиболее удаленных от космического аппарата концах. КА с закрепленным на нем устройством для обезвешивания многозвенной механической системы устанавливают на место проведения испытаний, проводят установку и фиксацию необходимой конфигурации опорной трансформируемой конструкции в горизонтальной плоскости, последовательно фиксируют положения поворотных секций системы обезвешивания в горизонтальной плоскости. Изобретение позволяет повысить функциональные и эксплуатационные характеристики устройств для испытаний многозвенных маложестких механических систем изделий космической техники. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 8 ил.

Функционально-моделирующий стенд для создания условий интерактивного безопорного пространства и пониженной гравитации // 2518478

Изобретение относится к космонавтике. Стенд включает сервер моделирования 1, консоль оператора 2, комплект телекамер наблюдения 3, средства отображения информации коллективного пользования 4, пульт контроля и управления 5, который состоит из средства связи 6, панели управления освещением 7, панели ручного управления электроприводами 8, персонального компьютера инструктора 9, персонального компьютера инженера 10, персонального компьютера врача 11 и второго блока цифровой связи 12. Стенд также включает в себя различные элементы, необходимые для внекорабельной деятельности и последующей подготовки космонавтов (астронавтов) экипажей МКС к выполнению перемещений и различных технологических операций в условиях полной невесомости открытого космического пространства, а также в условиях пониженной гравитации на спутнике Земли Луне и на других космических объектах Солнечной системы. В результате расширяются функциональные возможности стенда, условия тренировки максимально приближены к реальным условиям невесомости открытого космического пространства. 2 ил., 2 фото.

Способ имитации внешних тепловых потоков для наземной отработки теплового режима космического аппарата // 2519312

Изобретение относится к тепловакуумным испытаниям космического аппарата (КА), а также может найти применение в тех областях техники, где предъявляются повышенные требования к излучательным и отражательным характеристикам изделий. Согласно изобретению до помещения КА в термовакуумную камеру захолаживают криоэкраны этой камеры и имитируют внешние тепловые потоки, действующие в полете на КА. При этом подают поочередно напряжение на каждый нагревательный элемент имитатора данных потоков, постоянно измеряя потребляемую на элементе мощность. Фиксируют скачкообразное увеличение потребляемой мощности по отношению к мощности в стационарном режиме нагрева. Отбраковывают нагревательные элементы, для которых характерны такие скачки мощности, после чего отогревают криоэкраны, разгерметизируют вакуумную камеру и заменяют отбракованные нагревательные элементы. Повторяют операции отбраковки и замены нагревательных элементов до достижения всеми элементами стационарного режима нагрева. После этого устанавливают КА в термовакуумную камеру и проводят соответствующие испытания. Техническим результатом изобретения является повышение точности имитации тепловых потоков на КА с целью обеспечения надежности и долговечности КА при эксплуатации. 1 ил.

Многофункциональный учебно-тренировочный комплекс для подготовки космонавтов (астронавтов) к внекорабельной деятельности (варианты) // 2524503

Изобретение относится к разделу пилотируемой космонавтики и предназначено для подготовки космонавтов (астронавтов) экипажей МКС к внекорабельной деятельности. Многофункциональный учебно-тренировочный комплекс состоит из двух основных частей - функционально-моделирующего стенда предтренажерной подготовки и комплексного тренажера внекорабельной деятельности. Функционально-моделирующий стенд предтренажерной подготовки состоит из АРМ руководителя обучения, АРМ обучаемых, первого блока устройств сопряжения с объектом, второго блока цифровой связи, действующего макета выходного космического скафандра, телекамеры наблюдения и первого модуля средств отображения информации коллективного пользования. Комплексный тренажер внекорабельной деятельности содержит скафандр, предназначенный для размещения обучаемого, а также средства обеспечения жизнедеятельности, устройства, имитирующие невесомость, а также средства, имитирующие поверхность космического объекта Солнечной системы. В результате расширяются функциональные возможности многофункционального учебно-тренировочного комплекса, обеспечивается эффективная подготовка космонавтов. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 17 ил.

Способ тепловых испытаний приборного отсека летательного аппарата // 2526406

Изобретение относится к наземной отработке систем терморегулирования аппаратуры изделий авиационной и ракетно-космической техники. Испытания проводят в термокамере в два этапа. На первом этапе подвергают натурный теплоизоляционный пакет приборного отсека внешнему тепловому нагружению, имитирующему полетное. Одновременно создают на внутренней поверхности пакета граничные условия теплообмена, соответствующие теплоотводу от оболочки корпуса внутрь приборного отсека. По измеренным температурам указанной внутренней поверхности получают график изменения температур корпуса приборного отсека по времени. На втором этапе нагревают корпус без теплоизоляции в соответствии с полученным графиком. Одновременно замеряют температуры газовой среды и аппаратуры приборного отсека, производящей тепловыделение в соответствии с полетной циклограммой. Техническим результатом изобретения является сокращение затрат на испытания, проводимые без использования специальных крупногабаритных стендов и камер, с имитацией аэродинамического потока. 1 з.п. ф-лы.

Способ наземной имитации полета космических аппаратов в космосе // 2527632

Изобретение относится к космонавтике, а именно к способам имитации полета космических аппаратов (КА). Подготавливают аппаратные средства, моделируют орбитальное движение КА по предварительно заданному алгоритму и/или при приеме управляющих команд в режиме реального времени, моделируют движение небесной сферы в поле зрения каждого звёздного датчика по параметрам текущей ориентации КА с учетом динамики его движения, внешней среды, положения Солнца и Луны в инерциальной системе координат, моделируют появление нештатных ситуаций в работе бортовой аппаратуры ориентации и навигации КА, осуществляют контроль реакции системы управления ориентацией и навигацией при нештатных ситуациях, имитируют солнечное излучение для астроориентации и создания боковой помехи в инфракрасном и видимом диапазонах, имитируют сигналы спутников ГЛОНАСС и/или GPS с учетом параметров орбитального движения КА, моделируют орбитальное движение КА по трем осям вращения. Изобретение позволяет повысить многофункциональность КА. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.

Способ моделирования физиологических эффектов пребывания на поверхности планет с пониженным уровнем гравитации // 2529813

Изобретение относится к космической медицине, в частности к способам моделирования эффектов пониженной гравитации в экспериментальных исследованиях. Способ включает перевод человека на период дневного бодрствования в ортостатическое положение с положительным углом наклона тела относительно горизонтальной оси. Этот угол равен процентному отношению заданного уровня гравитации к земному уровню гравитации, соответствующему углу ортостатического положения плюс (+) 90 градусов. На период ночного отдыха человека переводят в горизонтальное положение. Способ позволяет проводить длительные (более одного месяца) комплексные исследования при моделировании физиологических сдвигов в соответствии с рассчитанными коэффициентами для пониженного, по сравнению с земным, уровня гравитации на поверхностях других планет, например Луны или Марса. 1 з.п. ф-лы.